1 Mikrofale w teleinformatyceJanusz Typek Instytut Fizyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny Wykład zrealizowany w ramach projektu „UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI – Lider przyszłości” i współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Plan wykładu Mikrofale jako fale elektromagnetyczneFizyczne charakterystyki mikrofal Układy mikrofalowe (falowody, komory rezonansowe, źródła i detektory mikrofal) Wykorzystanie mikrofal w konstrukcji komputerów kwantowych

3 Mikrofale na tle widma fal EM

4 Urządzenia pracujące w zakresie GHz

5 Spektrometr Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego na pasmo X

6 Mikrofale – fale elektromagnetyczne Podstawowe właściwości

7 Skala dB i dBm

8 Problem z reaktancją indukcyjną przewodów

9 Problem ze skończonym czasem przelotu przez tranzystor

10 Źródło mikrofal - klistron

11 Klistron – zasada działania

12 Dioda Gunna – efekt GunnaEfekt Gunna został odkryty przez J.B. Gunna (IBM) w 1963 r. badającego diodę na półprzewodniku GaAs typu n.

13 Dioda Gunna – zasada działania

14 Dioda Gunna – zasada działaniaCzęstotliwość oscylacji= (prędkość dryfu domeny)/(grubość diody)

15 Źródło mikrofal - magnetron

16 Mikrofalowe linie transmisyjneFalowody (+) duża moc przenoszenia (+) małe tłumienie (-) duże rozmiary (-) wąskie pasmo przenoszenia Kable koaksjalne (+) niewielkie rozmiary (+) szerokie pasmo przenoszenia (-) duże tłumienie (-) niska moc przenoszona Taśmy mikrofalowe (+) różnorodne kształty (-) duże tłumienie

17 Długość fali i impedancja linii

18 Falowody mikrofalowe Fale TE: Ez=0; Bz≠0 Fale TM: Ez≠0; Bz=0Prędkość grupowa w falowodzie mniejsza niż c

19 Falowody mikrofalowe W falowodzie propagują się jedynie fale o częstotliwości powyżej pewnej granicznej wartości Indeks m – zmiany pola wzdłuż wysokości Indeks n – zmiany pola w poprzek falowodu Dłuższa fala w falowodzie niż w próżni

20 Pola elektryczne w falowodzie prostokątnym

21 Falowody - tłumienie mikrofalEfekt naskórkowy Grubość ścianek falowodów ~10 grubości naskórkowych

22 Mikrofalowe falowody Magic tee

23 Mikrofalowe komory rezonansowe

24 Komora rezonansowa TM010 Pole elektryczne zeruje się na ściance

25 Prostokątna komora rezonansowa TE102

26 Detektory mikrofal Termopara - efekt cieplny, powolne, moc musi być większa niż μW Termistor – efekt cieplny, powolne, moc musi być większa niż μW Dioda Schottky’ego – zamiana sygnału AC na DC, szybka, moc nW I=I0=[1-exp(eV/kT)] V(t)=V0sin (t) I ~ V02

27 Dioda Schottky’ego

28 Komputery kwantowe – mikrofalowe kwantowe bramki logiczne spułapkowanych jonów

29 Komputery kwantowe – mikrofalowe kwantowe bramki logiczne spułapkowanych jonów

30 Komputery kwantowe – mikrofalowe kwantowe bramki logiczne spułapkowanych jonów

31 Komputery kwantowe – pamięć kwantowa z mikrofalowym rezonatorem

32 Komputery kwantowe – pamięć kwantowa z mikrofalowym rezonatorem

33 Komputery kwantowe – pamięć kwantowa z mikrofalowym rezonatorem

34 Komputery kwantowe – chłodzeniemikrofalowe

35 Diamond’s Quantum State Transferred to MicrowavesKomputery kwantowe – kwantowy chip Diamond’s Quantum State Transferred to Microwaves The Quantum Chip: In the center, there is the microwave resonator and the dark diamond

36 Komputery kwantowe – w temperaturze pokojowej?

37 Komputery kwantowe – w temperaturze pokojowej?